Menu

Оптические свойства минералов. Излучение.

Хорошо известно, что при сжигании какого-либо вещества оно в определенной степени диссоциирует и затем образуются новые соединения, в том числе газообразные. При этом выделяются свет и тепло. И свет и тепло отличаются от других продуктов горения тем, что они не материальны, т. е. не являются веществами, которые можно собрать и взвесить, как это удается делать с газами, дымом и золой. Свет и тепло следует относить к лучистой энергии, или просто — к излучению.

Излучение такого рода может перемещаться через пустое пространство, о чем свидетельствуют свет и тепло, поступающие к нам от Солнца, а также доходящие до нас радиоволны, испускаемые звездами в самых отдаленных уголках Вселенной. Это излучение описывается уравнениями, выведенными Дж. К. Максвеллом в 1865 г.,1 как электромагнитное возмущение, возникающее в форме импульсов, у которых электрические векторы расположены под прямым углом к направлению распространения и связаны с магнитными векторами, которые также находятся под прямым углом к тому же направлению, но одновременно перпендикулярны к электрическим векторам. Одно из следствий уравнения Максвелла говорит о том, что скорость распространения всех возмущений подобного рода в вакууме должна быть одинакова.

Следовательно, все электромагнитные излучения в вакууме однотипны. Но когда на их пути встречается какое-либо вещество, т.е. элементарные частицы химических элементов, содержащаяся в них энергия вступает с этим веществом во взаимодействие. В зависимости от характера этого взаимодействия излучение можно разделить на различные виды. Выделение отдельных видов электромагнитного излучения является достаточно произвольным и производится только ради удобства, так как каждый вид непрерывно и постепенно переходит в соседний. В совокупности вся область различных видов излучения называется спектром электромагнитного излучения (рис. 7.1).

Для описания взаимодействия электромагнитного излучения с веществом наиболее целесообразно применить аналогию с волновым движением. Колебательное энергетическое поле продвигается вперед импульсами наподобие ряда волн, которые разбегаются в разные стороны от брошенного в воду камня. Наблюдая за поплавком, можно видеть, что в этом случае вода не перемещается в стороны от центра при прохождении череды волн. Частицы воды просто поднимаются и опускаются в соответствии с вызванным возмущением, до тех пор пока начальная энергия не исчерпается за счет работы, затраченной на преодоление силы тяжести и внутреннего трения.

В этой главе аналогия с волнами используется для описания поведения света, как это было в гл. 4 при рассмотрении взаимодействия рентгеновских лучей с кристаллами. Дадим некоторые определения, необходимые для дальнейшего изложения.

На рис. 7.2 показана волна в разрезе в координатах пройденного ею пути d и времени t. Из рисунка видно, что подразумевается под длиной волны X, ее периодом T и амплитудой а.

Скорость распространения волны определяется расстоянием, пройденным ею в единицу времени:

V = d/t.

Частота v представляет собой число полных колебаний, которые в единицу времени совершает частица1, обеспечивающая волновое движение Если одно колебание совершается за период Г, то v = 1/Т.

Частота — фундаментальное свойство электромагнитных возмущений, которое не изменяется при их взаимодействии с веществом. Она связана с А и V уравнением

vl = V

В вакууме, где скорость всех видов электромагнитного излучения одинакова, частота и длина

волны изменяются совместно. Это положение сохраняется при прохождении излучения через любую другую однородную среду. Но поскольку в разных средах скорость различна, из последнего соотношения следует, что при переходе из одной среды в другую изменяется и связанная со скоростью длина волны. Для двух сред (1 и 2) имеем

VyV2 = l\/12 .

Если говорить о свете, то восприятие цвета сетчаткой глаза обусловлено излучением, проходящим через стекловидное тело глаза. В силу того что при данной частоте свет всегда будет иметь скорость и длину волны, соответствующие среде распространения, мы можем связывать цвет с

Логарифмическая шкала

Рис. 7.1 Длины волн спектра электромагнитного излучения.

J I-1_I_I_I_I_J_I_I_I_l_I_I_I_» i '_1_i_l

Время t

Рис. 7.2 Понятия, используемые при описании волнового движения.

длиной волны, хотя по существу он зависит от частоты. При прохождении света через окрашенные вещества одни его частоты поглощаются сильнее, чем другие. Поэтому та часть спектра, которая выходит из вещества, характеризуется иным распределением частот, чем у белого света, что приводит к появлению окраски у прошедшего через вещество света.

7.1.1 Описание волнового движения

Рассмотрим движение отдельной частицы, участвующей в распространении волны. На проходимом ею пути О АО АО частица будет последовательно занимать положения от О до 8 (рис. 7.3). Скорость частицы будет максимальной в точке О и упадет до нуля в точках A и A, где направление ее движения меняется на обратное. Скорость частицы можно рассматривать как постоянную, если представить себе, что частица движется по кругу, ориентированному перпендикулярно к направлению распространения волны. Радиус этого круга, который мы будем называть фазовым, кругом, является амплитудой волны.

Если скорость перемещения частицы по кругу равна a радиан в секунду, то угол, соответствующий дуге, пройденной ею За интервал времени t, являющийся частью периода волны T, составит at. Этот угол называется фазовым углом. Полное колебание частица совершает за период волны T, и радиус фазового круга перемещается за это время на угол 2p радиан.

Частота, амплитуда, интенсивность и энергия

Излучение несет с собой энергию. Количество энергии на единицу объема, умноженное на скорость, дает величину потока энергии, проходящего за секунду через единицу площади, и этот поток энергии называется интенсивностью излучения. Между частотой (и длиной волны) волнового движения и энергией излучения существует определенная зависимость: энергия возрастает пропорционально квадрату частоты. Чем больше частота (и, следовательно, чем меньше длина волны в данной среде), тем выше поток энергии, т.е. интенсивность излучения.

Оптические свойства минералов

Положения векторов

Время

Рис 7.4 Сложение волн

Интенсивность излучения любой данной частоты изменяется как квадрат амплитуды. Другими словами, энергия смещения частицы при волновом движении пропорциональна квадрату расстояния, на которое она смещается.

7.1.2 Сложение волн

Если две волны распространяются в одном направлении за счет колебания частиц, движущихся в одной и той же плоскости, их воздействие на колебание отдельной частицы определяется алгебраическим сложением, при котором подъем волны считается положительным, а спад — отрицательным. На рис. 7.4,а показаны две волны с одинаковой частотой, колебания у которых происходят в фазе, т. е. их максимумы наступают в одно время и складываются, как сказано выше. Они взаимно усиливают друг друга, что приводит к возрастанию амплитуды, а следовательно, и к большей интенсивности. На рис. 7.4, б изображены две волны, сдвинутые по фазе на половину их длины. Другими словами, исходя из рассмотренной схемы фазового круга они различаются по фазе на 180° радиан). При взаимодействии эти волны интерферируют, ослабляя друг друга, но поскольку их амплитуды равны, никакого результирующего движения частицы не возникает и волны гасятся. На рис. 7.4, в две волны сдвинуты по фазе на произвольно выбранную величину. Амплитуда результирующей волны отличается от тех, которые участвовали в формировании колебательного движения.

Сложение волн представляют графически в виде фазовых кругов, на которых амплитуды и разности фаз изображаются в масштабе радиусов соответствующей длины, отстоящих друг от друга на расстояние заданных фазовых углов. Амплитуду и фазу результирующей волны находят путем векторного сложения с применением хорошо известного правила параллелограмма, согласно которому равнодействующая двух сил определяется графически по их индивидуальным векторам, как если бы эти силы действовали последовательно.

Последние материалы

Заключение (Грунты)

При построении курса учитывалась необходимость его использования для различных гидротехнических специальностей и специализаций. В качестве основной части для студентов всех гидротехнических специальностей следует считать обязательным прочтение гл. 1—7. В гл. 8...

25-08-2013 Просмотров:4223 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Представления о решении задач нелинейной механики грунтов

На современном этапе развития нелинейного направления механики грунтов оформились два основных подхода к решению практических задач расчета грунтовых оснований и сооружений: нелинейно-упругий и упругопластический (А. К. Бугров, С. С. Вялов...

25-08-2013 Просмотров:7422 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Прочность грунтов при сложном напряженном состоянии

Для сред и материалов, обладающих сплошностью, предложено много различных условий прочности. Для оценки прочности грунтов наиболее широкое распространение получило условие Мора—Кулона (2.38), не содержащее промежуточного главного напряжения а2 и тем...

25-08-2013 Просмотров:4412 Грунты и основания гидротехнических сооружений

Еще материалы

Вибирання допустимої величини депресії

Вибирання допустимої величини депресії тиску під час викликання припливу   Допустима величина депресії тиску на пласт під час викликання вибирається за таких умов: міцності цементного каменю в кільцевому просторі; міцності обсадної колони;...

19-09-2011 Просмотров:4386 Підземний ремонт свердловин

Рациональная конструктивная схема трубча…

Прочность грунтовой заделки на проворачивание, выдавливание и осадку (при R = 0) моноопоры изменяется пропорционально изменению площади ее боковой поверхности, контактирующей с грунтом. При уменьшении глубины грунтовой заделки в 2...

30-01-2011 Просмотров:4010 Морские буровые моноопорные основания

Газонасыщенность и кинетика выделения га…

При масс-спектрометрическом мониторинге газовыделения идентифицировались следующие соединения: H2, He, N2, H2O, CO, CH4, CO2. Определялась скорость газовыделения в режиме непрерывного нагрева образцов в вакууме. Характерной особенностью процесса дегазации на исходных...

15-11-2010 Просмотров:4607 Сейсмический процесс